defer

从本篇文章开始记录defer相关的知识点，defer相关的内容包括三部分，分别是defer注册、defer执行和defer优化策略。

1. defer注册

defer会在函数返回之前倒序执行，下面是一段go代码，及其在编译后的伪指令描述。

 func A() {defer B()// code to do something}

 func A() {r = deferproc(8, B)if r > 0 {goto ret}// code to do somethingruntime.deferreturn()ret:runtime.deferreturn()}

defer指令对应到两部分内容，deferproc负责把要执行的函数信息保存起来，称为defer注册。defer注册完成后，继续执行后面的逻辑，直到返回前通过deferreturn执行注册的defer函数。正是由于先注册，后调用的机制，才实现了defer延迟执行的效果。

defer信息会注册到一个链表，当前执行的goroutine持有这个链表头指针，将一个个_defer结构体进行链接，新注册的defer会添加到链表头，执行时也是从头开始，这也是defer表现为倒序执行的原因。

 func deferproc(siz int32, fn *funcval)

deferproc函数原型只有两个参数，siz指defer函数的参数和返回值共占用的内存空间大小，fn 是一个function value。没有捕获列表的function value编译器会做出优化，即在只读数据段分配一个共用的funcval结构体。

 type _defer struct {siz int32       // 参数和返回值大小（字节），注册时保存参数，执行时拷贝到调用者参数和返回值空间started bool    // defer是否已经执行sp uintptr       // 注册这个defer的函数栈指针，通过它函数可以判断自己注册的defer是否已经执行完pc uintptr      // deferproc的返回地址fn *funcval        // 注册的函数_panic *_panic  link *_defer    // 前一个注册的_defer结构体}

deferproc函数调用时，编译器会在它自己的两个参数后面开辟一段空间，用于存放defer函数的参数和返回值。deferproc执行时，需要对分配一段空间，用于存放_defer结构体以及参数和返回值。实际上，go语言会预分配不同规格的deferpool，执行时从空闲defer中取出一个来用，如果没有合适大小的_defer，再进行堆分配。

2. defer执行

执行defer函数时，从当前goroutine拿到链表头上的这个_defer结构体，通过fn找到funcval,拿到函数入口地址，调用defer函数时，会把_defer结构体后面的参数和返回值整个拷贝到A1的调用者栈上。要注意，defer函数的参数，在注册时拷贝到堆上，执行时又拷贝到栈上。

 func A1(a int) {fmt.Println(a)      // 1}func A() {a, b := 1, 2defer A1(a)a = a + bfmt.Println(a,b)  // 3, 2}

到这里已经很明了，deferproc的目的是注册一个function value结构体。那么，有捕获列表的情况下，会是一个怎样的过程呢?闭包函数会在执行阶段，根据代码段的闭包指令，创建闭包对象。如果捕获变量除了初始化赋值还被修改过，会进行局部变量的堆分配，栈上只保存变量在堆上的地址。deferproc执行时，_defer结构体中的fn，保存闭包函数funcval结构体的起始地址，另外还要拷贝参数到_defer结构体后面，把_defer结构体添加到defer链表头。函数执行完毕，到deferreturn时，defer函数执行，首先把参数b拷贝到栈上的参数空间，再执行后续操作。关键要理解defer传参和闭包捕获变量的实现机制。

 func A() {a, b := 1, 2defer func(b int) {a = a + bfmt.Println(a, b)  // 5, 2}(b)}a = a + bfmt.Println(a, b)            // 3, 2

go 1.12版本的defer设计有一个明显的问题，慢！主要原因如下，首先是_defer结构体堆分配，即使有预分配的deferpool也需要去堆上分配或释放，且defer函数传参还要在堆栈间进行拷贝。其次，使用_defer链表来注册当前goroutine的defer信息，而链表结构本身操作比较慢。于是，go1.13版本和go1.14版本中对defer进行了优化。

3. defer优化策略

Go1.12局限性在于，通过deferproc函数注册defer函数信息，defer结构体分配在堆上。

3.1. go 1.13版本优化策略

如下代码，go1.12和go 1.13版本以及编译后的指令。

 func A() {defer B(10)// code todo sth}func B(i int) {...}

 // go 1.12版本，编译后伪指令func A() {r := runtime.deferproc(8, B)if r > 0 {goto ret}// code to do somethingruntime.deferreturn()ret:runtime.deferreturn()}

 // go1.13版本，编译后伪指令func A() {// 通过在编译阶段增加局部变量，把defer信息保存到当前函数栈帧的局部变量区域。var d struct {runtime._deferi int}d.siz = 0d.fn = Bd.i = 10// 通过deferprocStack把栈上这个_defer结构体，注册到defer链表中。r := runtime.deferprocStack(&d._defer)if r > 0{go to ret}// code to do sthruntime.deferreturn()returnret:runtime.deferreturn()}

go 1.13中defer优化点主要在减少defer信息的堆分配，之所以说是减少，是因为在显式循环或隐式循环中，依然使用1.12中的方案，在堆上分配，因此_defer结构体中增加了一个字段，heap bool用于标识是否为堆分配。

 // 显式循环for i := 0; i < n; i++ {defer B(i)}// 隐式循环again:defer B()if i < n {n++goto again}

 type _defer struct {siz int32       // 参数和返回值大小（字节），注册时保存参数，执行时拷贝到调用者参数和返回值空间started bool    // defer是否已经执行heap bool        // 是否堆分配sp uintptr      // 注册这个defer的函数栈指针，通过它函数可以判断自己注册的defer是否已经执行完pc uintptr      // deferproc的返回地址fn *funcval        // 注册的函数_panic *_panic  link *_defer    // 前一个注册的_defer结构体}

在go1.13中，通过在编译阶段增加局部变量，将_defer结构体信息保存到当前函数栈帧的局部变量区域，再通过deferprocStack把栈上这个_defer结构体注册到defer链表中。defer执行时，依然通过deferreturn实现的，也同样要在defer函数执行时拷贝参数，这次不是在堆栈间，而是从栈上的局部变量空间拷贝到参数空间。

3.2. Go1.14版本优化策略

如下go语言代码，编译后的产生的指令。

 func A(i int) {defer A1(i, 2*ij)// code to do sthif i > 1 {defer A2("hello")}// code to do sthreturn}func A1(a, b int) {...}func A2(m, n string) {...}

 func A(i int) {// df每一位，对应标识一个defer函数是否要被执行var df bytevar a, b int = i, 2*i// code to do sthvar m, n string = "hello","eggo"// 通过或运算把df第一位置为1df |= 1// 根据具体条件，判断df第2个标识位是否要被置为1if i > 1 {df |= 2}// code to do sth// 依据第二个标识位，判断是否要if df & 2 > 0 { // 函数返回前也要依据第二个标识位，决定是否要调用函数A2df = df &^ 2A2(m, n)}// 判断defer标识位是否为1if df & 1 > 0 {// 执行前，把df对应标识位置为0df = df&^ 1A1(a, b)}return}

Go1.14的defer就是在编译阶段插入代码，把defer函数的执行逻辑展开在所属函数内，从而免于创建_defer结构体，而且不需要注册到defer链表，这种方式称为open coded defer。go1.14版本和go1.13版本一样，它依然不适合循环中的defer。因此，在go1.13和go

go1.14版本相比前两个版本提升了一个数量级，但是在代码发送panic或调用runtime.Goexit时，由于后面的defer函数代码执行不到，需要通过栈扫描的方式来发现，因此go1.14版本中，defer确实变快了，但是panic却变慢了，这也是go团队综合考虑的结果，毕竟panic发生的几率要比defer发生的几率小很多。

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